CN102421514B - 连续逆流流化移动床(fmb)和/或膨胀移动床(emb) - Google Patents

连续逆流流化移动床(fmb)和/或膨胀移动床(emb) Download PDF

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Abstract

通过使包含所述组分的液相与固体吸附剂以连续逆流模式接触来进行一个或多个目的组分的诸如回收、纯化或反应的过程的复合连续逆流流化移动床(FMB)和/或膨胀移动床(EMB)。在该复合流化移动床和/或膨胀移动床系统中，所述固体的净迁移与通过台/塔的向上方向流动的液体方向相反，并将从台/塔沉积的固体连续传送至放置在前面台/塔的下面或旁边的另一台/塔的顶部，并还以流化/膨胀床模式运行，其中进行它与向上流动的液体的逆流接触。本文描述的系统根据所述过程的每一要求而由若干台/塔组成。从最后的流化床或膨胀床台/塔连续取出沉积吸附的固体并通过进料斗返回至第一台/塔的顶部，通过泵或液体固体排出器或任何其它合适的设备向所述进料斗运送吸附的固体。适当地设计和操作进料斗以便以控制方式连续向所述第一台/塔的顶部递送固体吸附剂。使用适于对向下吸附流提供控制的阀门来控制通过所述固体下降管的固体吸附剂的流动。能在用于各种产物的连续回收、纯化或反应的过程中使用FMB/EMB系统。

Description

连续逆流流化移动床(FMB)和/或膨胀移动床(EMB)
发明领域
本发明涉及连续逆流流化移动床(FMB)和/或膨胀移动床(EMB)，更具体地涉及用于吸附性分离和/或反应的多级连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床装置。本公开内容提供了使用所述连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床提取有效组分的方法。
发明背景(现有技术)
已经将吸附过程用于若干不同的应用，例如进行分离和各种化学反应。从用于吸附的接触器设计的观点出发，流化床和膨胀床吸附是创新技术。这些吸附器设计使工艺工程师能够抛弃冗长和昂贵的步骤，例如选择吸附之前的过滤、净化和浓缩步骤，因为吸附颗粒在流动的液体中液化或悬浮，以使包含微粒物质的溶液自由流动通过吸附床而不引起结块或堵塞。此外，这些技术还递送包含纯化产物或适于进一步纯化和处理的产物的澄清液体。在这两种技术中，膨胀床通过提供适当设计的吸附颗粒的稳定流化床而提供低返混的优点。
然而，使用吸附颗粒的流化床、膨胀床或填料床具有的缺点是它们是间歇操作并需要大量的吸附颗粒，特别是对于大规模操作。此外，由于大量吸附剂在穿过贯穿常规固定、流化或膨胀床的吸附区时常保持饱和状态或处于等待与溶质进行接触的状态，并且由于标准的吸附纯化循环需要依次地进行诸如平衡、装载、洗涤、洗脱和再生的多步间歇操作的事实，因此以kg溶质纯化每小时每升吸附剂而表达的吸附总产率变低，特别是对于大规模操作吸附床的体积变大。
已经进行若干尝试以设计连续逆流吸附接触器来避免上述问题：
Ryan O.Owen、Graham E.McGreath和Howard Chase的技术论文“A new approach to continuous counter current protein chromatography：direct purification of maleate dehydrogenase from a Saccharomvcescerevisiae homogenate as a model system(连续逆流蛋白质层析法的新方法：来自酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)匀浆的马来酸脱氢酶作为模型系统的直接纯化)”，Biotechnol.Bioengg.53(4)，427-441(1997)描述的膨胀床用于连续层析纯化。所述系统具有若干问题区域并需要连续操作以维持恒定床高度。而且用于去除吸附剂的吸附剂提取器使设计复杂并影响膨胀床的稳定性。
Burns，M.A.和D.J.Graves，“Continuous Affinity ChromatographyUsing a Magnetically Stabilized Fluidized Bed(使用磁稳定的流化床的连续亲合层析法)”，Biotechnology Progress 1，95-103(1995)建议了用于生物化学产物连续层析法的两塔磁稳定的流化床系统。通常认为磁稳定的流化床系统是复杂且昂贵的。
Gordon，N.F.、H.Tsujimura和C.L.Cooney的“Optimization andSimulation of Continuous Affinity Recycle Extraction(连续亲合循环提取的最佳化以及模拟)”，Bioseparation 1，9-12(1990)描述了使用充分混合的流动反应器作为与流化床相对的工艺，并报道了蛋白质的连续亲和循环提取。尽管该系统简单并容易控制但其具有使用使每阶段效率低下的搅拌槽系统的缺点，并且甚至对于中等生产量必需巨大的处理体积。
第6,716,344B1号美国专利“Liquid solid circulating fluidized bed(液体固体循环流化床)”(2004)和第2004/0226890A1号美国专利公开“Method for recovering ionic products(用于回收离子产物的方法)”(2004)披露了优选用作离子交换器的液体固体循环流化床(LSCFB)，并且其由两个流化床塔，在吸附目的离子的常规流化床模式中操作的一个流化床吸附器(下降管)，并且其中向上流动的液体保持吸附颗粒液化且吸附颗粒本身净向下流动并离开床进入第二流化床，所述第二流化床以立管模式操作并当进行离子的溶质解吸时运载吸附颗粒向上进入洗脱介质的并流从而提供洗脱的溶质以及再生的吸附颗粒。此外，根据本发明，将离子交换吸附颗粒分离并重新传送至第一吸附剂下降管床的顶部。因此实际上，吸附颗粒在立管和下降管之间连续循环，即吸附器中已经吸附了离子的颗粒从下降管传送至发生洗脱的解吸塔立管并且颗粒返回至接近吸附塔顶部的吸附器。在LSCFB中以一个在另一个附近的形式放置的膨胀和流化床的这类下降管-立管组合能用于目的离子的连续回收过程。然而，公开的设备仅对一个阶段的操作有用，其中仅一个组分吸附和洗脱以产生再生吸附剂，或一系列组分吸附并被洗脱为一系列吸附的组分从而产生再生的吸附剂。此外，在相同的塔(立管)中以并流模式共同进行两种操作，即洗脱和再生，因此具有低洗脱效率并导致吸附组分的稀释洗脱，同时在多种情况中还导致吸附剂的再生不充分。对于需要分离的步骤以选择性洗脱吸附组分和再生吸附颗粒的情况中，公开的设备不包括用于洗脱和再生吸附颗粒的分离的室或部分。此外，所述系统的另一缺点在于对于稳定操作，所述系统需要严格的压力平衡用于期望的固体循环。
第3,879,287号美国专利“Continuous ion exchange process andapparatus(连续离子交换方法和设备)”(1975)涉及用于连续离子交换分离的设备。然而，所描述的方法为半连续的方法，因为推荐的洗脱方法是间歇式常规固定床离子交换方法。
第4,279,755号美国专利“Continuous countercurrent ion exchangeprocess(连续逆流离子交换方法)”(1993)涉及连续逆流离子交换方法，其用于从包含离子的进料液中将目的离子吸收在离子交换颗粒上，所述离子当吸收在颗粒上时引起颗粒的密度增加。所述方法包括步骤：(1)使进料液向上流动通过在吸收塔的主室中包含的离子交换树脂颗粒主床，由此保持所述床处于流化态；(2)从吸收塔的下部连续收集密集装载的颗粒；(3)从主室的上部向上传送流出的进料液，使其进入包含流化离子交换树脂颗粒的第二床的精炼室的下部，由此从液体中精炼剩余的目的离子，以及(4)产生从精制室的上部流出的贫瘠液。当装载的离子交换颗粒的洗脱和再生不能在该设备中进行时，本发明还涉及半连续方法。
此外，为参考目的而并入本文的第3,207,577号美国专利、第3,235,488号美国专利、第3,152,072号美国专利、第3,240,556号美国专利、第3,551,118号美国专利、第4,018,677号美国专利、第4,035,292号美国专利、第4,035,292号美国专利以及第4,035,292号美国专利未公开用于待处理液体和固体颗粒之间连续逆流接触的设备，且特别是流化移动床和/或膨胀移动床，其中以连续逆流模式进行吸附、洗涤、洗脱和再生的步骤。
因此，期望设计具有高效率和产率的新的连续逆流流化/膨胀移动床。
发明简述
本发明的目的是提供连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床，更具体地提供多级连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床，其通过将包含组分的液体混合物与固体吸附剂以逆流模式混合从而用于一种或多种目的组分的回收、纯化和化学/酶反应，所述目的组分例如生物分子、合成/半合成活性药物成分、中间体、衍生物、污染物/杂质、增值产物、金属等。本发明的目的是还提供用于从混合物连续回收、纯化和反应分子的有效设备和方法，使用各个不同或相似的液相并且以连续逆流模式将液相和固体吸附剂接触，其不仅能进行吸附还能进行洗涤、洗脱、再生和平衡步骤。此外，本发明的目的是提供能总体便利地独立控制各个阶段的过程变量且控制各个操作(即吸附、洗涤、洗脱、再生和平衡)的设备。
本发明的一个实施方案提供了包括若干个(n个)流化/膨胀移动床台/塔的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统；一个或多个装置，其将固体吸附剂从在第一台/塔上面的固体吸附剂进料斗供给至第一台/塔的顶部、从所述第一台/塔的底部供给至位于所述第一台/塔下面的第二台/塔以及直至从位于第n个台/塔上面的第(n-1)个台/塔的底部供给至最后的第n个台/塔的顶部；将所述固体吸附剂从第n个台/塔收集至固体吸附剂收集槽的装置；控制所述固体吸附剂从一个台/塔流至下一个台/塔的装置；供给邻近各个台/塔的底端的第一液体的装置以及供给位于各个台/塔的底部的第二/辅助液体的装置以及当进入所述各个台/塔的内部时均匀分布第一和第二/辅助液体的装置；以及用于位于各个台/塔顶端的两种液体一起流出的装置；从最后的第n个台/塔的最底部收集所述固体吸附剂的装置；以及通过所述固体吸附剂进料斗将所述固体吸附剂从收集槽运回至所述第一台/塔的顶部的装置。
本发明的优选实施方案提供了复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，包括多个(n个)流化/膨胀移动床台/塔，其以一个在另一个上面的方式垂直堆放、以相同或不同的高度放置在另一个旁边，或以环形或本领域技术人员所熟知的任何其它合适的布置方式放置。
本发明的另一个优选实施方案提供了包括以一个在另一个上面的方式垂直堆放的流化/膨胀移动床台/塔的所述连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其用于在各个台/塔以连续逆流模式相继进行吸附剂颗粒的吸附/结合、洗涤、解吸/洗脱、再生/原位清洗/原位清洁处理以及平衡/调节。
本发明的另一个优选实施方案提供了一种或多种装置，其用于将固体吸附剂从所述固体吸附剂进料斗供给至位于所述第一台/塔顶部的所谓的“固体下降管/线”，以及从位于所述第二台/塔上的第一台/塔供给至所述第二台/塔的顶部，并且类似地，从位于所述第n个台/塔上的第(n-1)个台/塔供给至最后的第n个台/塔的顶部。从第二分配器板或辅助流化/膨胀部分开始并在下面的下一个流化/膨胀床的顶部开启的一个或多个固体下降管足够长以充分浸入至较低台/塔中的液体水平但其仍完全在吸附相的膨胀/流化床的上面，从而防止固体吸附剂随流出的液体的溢流而损失。
本发明的另一个优选实施方案提供了所述一种或多种“固体下降管”以将所述固体吸附剂从位于所述第二台/塔上的第一台/塔供给至所述第二台/塔的顶部，且类似地，从位于所述第n个台/塔上的第(n-1)个台/塔供给至最后的第n个台/塔的顶部，并且所述“固体下降管”位于中心或边缘。
在本发明的优选实施方案中，使用适于对向下吸附的浆体流提供控制的阀门来控制通过所述固体下降管的固体吸附剂的流动。
本发明的另一个优选实施方案提供了旨在将从所述所有固体下降管落下的固体吸附剂共同地均匀分布在所述台/塔的截面上的装置。
本发明的另一个优选实施方案提供所述装置，其在固体下降管底部开口处为具有或不具有孔的固-液分配器。如果使用穿孔的固体分配器，由所述固体吸附剂的尺寸或尺寸分布来确定孔的尺寸和分布。
本发明的另一优选实施方案提供了邻近所述流化移动床/膨胀移动床系统的各个台/塔底端的供给第一液体的装置，所述第一液体例如第一阶段的粗进料、第二阶段的洗涤液、第三阶段的洗脱液、在第四阶段的再生液和在第五阶段的平衡液，其中所述液体通过中心放置的第一穿孔分配器而均匀分布，其位于距离各个台/塔底部的特定高度，或通过穿孔板式分配器以产生流化/膨胀部分，其中产生了向下方向移动的所述固体吸附剂与向上方向移动的液体的有效连续地逆流接触，以及通过位于各个台/塔邻近顶端的用于液体流出的装置(一个或多个)完成注入各个台/塔的液体排出。
本发明的另一优选实施方案提供了装置，其通过第二穿孔的分配器在各个台/塔的底部供给第二/辅助液体以在第一流化/膨胀部分下面产生辅助流化/膨胀部分，所述部分用于有效洗涤以连续逆流方式发生的吸附剂并防止在两个邻近的台/塔之间的两种不同液体的相互混合，以及通过位于各个台/塔邻近顶端的用于液体流出的装置(一种或多种)完成将注入到各个台/塔的液体排出。
本发明的另一优选实施方案提供了所述装置，用于液体(即在各个台/塔的第一和第二/辅助液体)流出的所述装置远离所述第一和第二/辅助液体供给点。对于所述台/塔，所述用于流出的装置与所述第一和第二/辅助液体供给点间的距离为相同或不同的，并且由台/塔的类型而决定，即吸附、洗涤、洗脱、再生和平衡台/塔。在各个这些台/塔中所述液体与所述固体吸附剂以逆流方式接触。
本发明的另一个优选实施方案提供了从第n个或最后的台/塔通过固体下降管将所述固体吸附剂收集至固体吸附剂收集槽的装置，其中通过注入再生或平衡液将所述固体吸附剂保持在流化/膨胀状态。
本发明的另一优选实施方案提供了通过使用泵或通过一种或多种液-固排出器系统将所述固体吸附剂经过所述固体吸附剂进料斗运送返回至所述第一台/塔。通过泵送再生或平衡液经过进料斗的底部将进料斗中的固体吸附剂保持在流化/膨胀状态，由此维持所述固体吸附剂通过所述固体下降管平稳地流入所述第一台/塔。
在本发明的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的优选实施方案中，所述第一台/塔以流化/膨胀床模式操作，使用固体下降管向其连续地从顶端供给固体，且在特定停留时间后连续地从所述第一台/塔的底部取出，其中固体的净迁移与通过所述台/塔向上方向流动的液体方向相反，且来自所述第一台/塔的沉积固体被连续供给至第二台/塔的顶部，也以连续逆流流化/膨胀床的模式操作，其中再一次进行所述固体吸附剂与第二向上流动的液体的逆流接触。现将来自所述第二台/塔的沉积固体从所述第二台/塔的底部去除并供给至也以连续逆流流化/膨胀床模式操作的第三台/塔的顶部，并进一步运送至下一个台/塔并以与上述相似的逆流方式与各个向上流动的液相接触。本文描述的系统能够为一级或多级台/塔系统，其由在特定方法中所包括或所需要的台数而决定。来自所述流化移动床或膨胀移动床的最后台/塔的沉积吸附固体被连续取出并通过所述固体进料斗返回至所述第一台/塔的顶部，通过泵或液体固体排出器或任何其它本领域技术人员已知的合适设备将吸附的固体运送至所述固体进料斗，并且其中适当地设计并操作所述固体进料斗，例如以流化/膨胀移动床的模式，这样将固体以可控制方式连续递送至所述第一台/塔的顶部。通过在各阶段间操作的阀门控制以向下流动沉积模式从一个阶段流向另一阶段的吸附相。
本发明的另一优选的实施方案提供了连续逆流流化/膨胀移动床系统，其由用于进行如上描述的第一个四步骤的四个台/塔组成，并且通过提供在所述进料斗中用于液体/膨胀所述固体吸附剂颗粒的平衡液从而在所述固体进料斗自身中进行平衡步骤，以获得所需浓度的浆体，并通过所述固体下降管供给至所述第一台/塔的顶部。因此，所述固体进料斗能够发挥平衡以及以期望的固体浓度和流速向所述第一台/塔的顶部提供新鲜/再生的固体的双重作用。
本发明的另一实施方案还提供了多个以一个在另一个上面的方式垂直堆放的流化/膨胀移动床台/塔，其中各个台/塔的长度根据方法需要为相同或不同的。通过控制经过所述固体下降管的各个台/塔的固体存量/以及第一和第二/辅助液相的流速来维持各个台/塔中膨胀/液化吸附床的高度。
本发明的另一个实施方案提供了连接一个台/塔与另一台/塔的装置，其还包括用于在将固体吸附剂通过一种或多种所述固体下降管供给至下一个台/塔的顶部之前对其进行洗涤的洗涤区域。
在本发明的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的优选实施方案中，其中选择任何台/塔充当以连续逆流流化床/膨胀床模式操作的吸附器，并且其中在通过所述第一中央分配器进入的原料中的一些或所有组分均吸附在所述吸附颗粒相上。在所述辅助流化/膨胀部分中，具有吸附组分的逆流沉淀的吸附相由通过底部穿孔的第二分配器进入的向上流动的辅助液体而在相同的台/塔中以逆流模式洗涤。通过所述固体下降管将吸附相传送至下一个台/塔。所述下一个台/塔充当可选择的洗涤台，其中所述沉淀的颗粒由以向上方向移动的洗涤液以逆流方式进一步洗涤，因此以与它们从所述吸附器台/塔进入的相同方式将所述洗涤的吸附颗粒传送至所述下一个台/塔，同时在第二台中的差别为第一和辅助相均仅为洗涤液相。下一个台/塔为解吸台/塔，其中所述吸附颗粒相与解吸的液体以逆流方式相继接触以从所述吸附相中相继解吸所述一种或多种吸附组分，并将最后解吸台/塔之后的吸附相传送至下一个台/塔从而通过使用合适的再生液相处理而以逆流模式再生。再生的固体吸附剂相流入下一个平衡或调节台/塔，其中在传送返回至所述吸附器台/塔之前将合适的平衡液用于所述固体吸附剂的平衡。
在本发明的另一实施方案中，如果平衡台/塔用作最后的台/塔，所述固体吸附剂相从最后的台/塔流进固体吸附剂收集槽。在固体吸附剂收集槽底部收集的经平衡的固体吸附剂相随后被再循环返回至位于所述第一台/塔顶侧的固体给料吸附漏斗或直接以控制流速传递至所述第一台/塔的顶部。使用泵或一种或多种液-固排出器和液压传送系统的组合来将再生或经平衡的固体相传送至第一台/塔的顶部或传送至固体进料斗。
本发明的另一实施方案提供了台/塔，其中以逆流模式进行解吸/洗脱，并且在以上述方式平衡后将再生的固体吸附剂再循环至所述固体进料斗或再循环至所述顶部第一台/塔的顶部。
本发明的另一优选的实施方案中，在进入下一个台/塔之前，由流经位于各个台底部的穿孔分配器的辅助液体在各个台/塔底部洗涤所述固体吸附剂。将各个台/塔中的第一液相供给经过位于各个台/塔底部上特定高度的中心分配器。第一和相向上流动的辅助液的合并流速将固体颗粒吸附相保持在向下沉淀的流化/膨胀状态。
本发明的另一个实施方案提供了台/塔，其以在其它台/塔旁边且以相同或不同的高度而放置，以及以环状或本领域技术人员所已知的任何其它布置而放置。这类台/塔的数量取决于在该方法中所包含的步骤的数量。通过装置将固体吸附剂从底部的一个台/塔取出并运送至另一台/塔，所述装置包括泵、漏斗(诸如水力旋流器)和固体传送管线或液-固排出器、漏斗(诸如水力旋流器)和固体传送管线或任何其它的本领域技术人员已知的装置。通过上述固体传送系统将所述固体吸附剂从最后的台/塔传送返回至所述第一台/塔。
本发明的另一个优选实施方案提供了复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统以进行在吸附层析分离/纯化中的所有步骤，例如在分离的台/塔中进行吸附、洗涤、洗脱、再生和平衡，其中所有台/塔以连续逆流模式进行操作以促进产率。
在另一个实施方案中，本公开内容的所述连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统用于从纯化、部分纯化或未纯化形式的原料中提取、回收、离析、分离、纯化和反应一个或多个目的产物。
因此，认为本公开的潜在应用合适于包括但不限于从改性的或未改性的天然或非天然原料中提取、回收、离析、分离、纯化和反应可用于人类、兽医、环境或农业应用的离子、非离子、两性离子的活性成分、中间体、金属或其混合物。因此，本公开内容能易于在工业规模应用。
优选地，使用离子、非离子、混合模式或两性离子模式的相互作用，整个连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统能够用于通过吸附从混合物中将组分回收和/或纯化。通过以下方法可获得组分的混合物：化学/生物化学合成，诸如化学反应、酶转化/催化；通过基因修饰的发酵中生物合成、改良或未改性的微生物，所述微生物来自植物或植物细胞培养物、动物或动物细胞培养物、转基因植物、转基因动物、海水、来自任何工业或其它活动的废水、和/或以本领域技术人员所知的适合方式而组合的一种或其它的所有上述这些。
优选地，吸附的组分为离子、非离子或两性离子以及诸如蛋白质、多糖、氨基酸、蛋白质聚合物、内毒素等以及通过任何上述来源或技术所获得的大分子，。
优选地，吸附的组分为离子、非离子或两性离子以及小分子，例如肽、维生素、抗生素、甾体化合物、糖、金属或任何已知化学/生物化学化合物及其衍生物。
优选地，被吸附的组分为微粒或纳米颗粒，例如植物/动物/微生物细胞、基因治疗载体、病毒、病毒样颗粒、噬菌体等，或具有相似特性的颗粒。
优选地，本文描述的装置用于进行以整合或非整合方式与吸附纯化结合的化学或生物化学反应。
优选地，供给液体用于回收和/或纯化组分，诸如包含固体或微粒物质的发酵肉汤以及相对低浓度的靶组分。在这种情况下，为了处理固体或颗粒物质，传统选择的单元操作为过滤或离心或者其组合，其不仅增加了操作和资金成本也由于操作中额外的步骤造成了提高的产物损失。本发明的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床(FMB和/或EMB)系统为一种集成的单元操作，其能够实现从诸如包含悬浮固体或微粒物质的未分类原料中回收及纯化组分。
优选地，该系统以流化或膨胀移动床的模式连续运行，同时固体相与在所有台/塔中的液体流动相逆流接触，其中固体为吸附颗粒或催化剂颗粒、多孔或无孔的，并且能够商业购买获得或由本领域技术人员所已知的任何装置而制备。
优选地，系统以膨胀或流化移动床的模式持续运行，同时沉淀的固体颗粒与所有台/塔中向上流动的液体逆流接触，其中固体为吸附性颗粒或催化剂，并且能够商业购买获得或由本领域技术人员所已知的任何装置而制备。
该系统不仅用于有效吸附也用于吸附剂或催化剂颗粒的有效且低体积的解吸、再生和平衡。因此，本发明不需要另外的和分离的单元操作以及避免了与常规批处理、半-连续或连续(吸附)过程相关的问题。
在本公开中，除非另有明确说明，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数的指代。因此，例如，“台/塔”的引用包括单数或复数个这样的台/塔，以及“液体”的引用包括一种或多种本领域技术人员所已知其液体等同物。相似的句法原则也适用于其它实例，诸如吸附剂、组分、固体运送线和阀。
附图简述
根据下列本发明优选实施方案的详述以及其中的附图，其它特征、目的和优点将显而易见；
根据下列本发明的优选实施方案的详述以及其中的附图，其他特点、目的和优点将是显而易见的；
图1：具有侧面固体下降管和用于运送固体吸附剂的液-固排出器系统的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的示意图。
图2：具有侧面固体下降管和用于运送固体吸附剂的泵系统的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的示意图。
图3：具有位于中间的固体下降管和用于运送固体吸附剂的液-固排出器系统的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的示意图。
图4：具有侧面固体下降管和用于运送固体吸附剂的泵系统的连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的示意图。
图5：示出具有台/塔且具有固体吸附剂进料斗的固体下降管的不同组合的示意图。
图6：显示复合逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统的示意图。
本发明优选实施方案详述
参照图1、2、3和4，本发明由许多流化/膨胀床台/塔组成，相当于如本方法的期望操作中涉及的吸附、洗涤、洗脱、再生、平衡等步骤。这些台/塔以一个在另一个上面的方式堆积，每一个通过一个或多个向下穿过固体颗粒相的下降管向下连接至下一部分，同时在两个分离的部分中保持主要的液体流动相。以逆流模式连续操作本发明的每一台/塔，并且其具有单独控制。
将进料槽1用作进料斗以通过顶部固体运送线2使新鲜的或回收的、再生的和/或平衡的固体颗粒相(例如吸附剂颗粒)充满第一台/塔的顶部，其中通过阀3控制固态浆体流速。通过使诸如水或平衡液相的液体填充经过进料斗1的底部入口4来将进料斗1中的固体在流量分配板5上保持流化/膨胀状态。进料斗1具有用于将进入斗中的过量液体排出的顶部出口6以及过滤所述液体以保留并避免任何固体损失的装置7。
在本发明的优选实施方案中，通过顶部固体下降管线2在顶部向第一台/塔8提供固体，所述第一台/塔8在确保固体均匀分散在第一或主要的膨胀/流化床部分或第一台/塔8的固体下导线2的开口处装备有装置9。通过入口10向位于底部的第一台/塔8给予第一液体(例如，包含吸收溶质的原料)，并通过分布器将第一液体均匀分布在台/塔8上，所述分布器为如图1和图2所示的多孔板分布器或如图3和图4所示的中心分布器11。通过入口12泵送第二或辅助液体，并通过支持处于膨胀/流化状态的下沉固体相的多孔板分布器13或55使所述液体以向上方向传递，这称为第二或辅助区65。通过如图1和2所示的出口57-b和如图3和4所示的出口14在主要部分8的顶部排出给予第一台/塔的混合液体(即第一加第二液体)，所述第一台/塔现包含第一或主要部分以及第二或辅助部分。将通过所述第一台/塔8的以向上方向流动的液体调节至使固体保持在流化/膨胀床模式的给定流速，其中所述固体与所述向上流动液体的接触逆流至下沉固体相，由此导致固体台/塔8与固体在传统封装或膨胀/流化床中保持零净流量的情况相比效率较高。当沉淀固体通过一个或多个位于中心的固体下导线或管15(图3和4)或位于侧臂的固体下导线或管16(图1和2)进入辅助部分时，从台/塔8的底部连续除去沉淀固体。分别通过阀17(图3和4中)或18(图1和2中)控制下降管中的固体流速，并供给至下一个台/塔20的顶部。从多孔板分布器13或55以规定的高度19放置分布器11(图3和4)。
在本发明的优选实施方案中，根据方法中期望的步骤数量，将上述台/塔(如图1、2、3、4和6示例地所示)的设计用作单一台、两个台或多个台/塔流化移动床和/或膨胀移动床系统的设计。
参照图2，在本发明的优选实施方案中，第一台/塔，其中将第一液体通过入口52而装载且经过分布器53，以及将第二或辅助液体通过入口54而装载且经过分布器55。两种液体都以向上方向相对于沉淀固体相反流动，并通过位于所述台/塔顶部的出口56排出所述两种液体。以向上方向流动的液体使固体保持流化/膨胀状态，而固体颗粒与液体的接触是相反的。在两个分布器53和55间提供了也称为第二或辅助区65的区，例如洗涤区。由侧臂16将固体从一台/塔运送至另一台/塔，这由阀18控制。
在本发明的优选实施方案中，根据方法中的步骤数量，将上述台/塔(图2)的设计用作单一、两个台或多个台/塔流化移动床和/或膨胀移动床系统的设计。
在本发明的优选实施方案中，从底部下降管出口39连续地去除来自最后台/塔32的固体，并将其收集在槽42中，其中通过搅拌43或通过使用经过底部入口供给的液体使固体可以保持在或可以不保持在悬浮状态中。将这些固体连续运送至配备浆泵或液体固体排出器45的给料槽44。或者，台/塔的辅助部分的下降管也能够直接将固体排出至给料槽44。通过使用位于固体运送线47的止逆阀46防止固体浆逆流，运送线47连接至槽42和具有液体固体排出器的给料槽44。然后使用液体固体排出器45将所述固体连续供给至顶部给料斗1。料斗44在最优距离装备有给喷嘴48，使用泵49通过所述喷嘴48泵送需要将固体颗粒运载至加料斗1的驱动液体。或者，能够通过使用如图2所示的泵51将在槽42中收集的固体运至加料斗1。通过入口50使所述浆连续进入加料斗1。所述入口50能够位于加料斗1的顶部或者可以位于底部4。能够以控制方式使以所述方式由加料斗1接受的固体连续地供给至如上所述的第一台/塔8的顶部。
参照图1至4，在本发明的优选实施方案中，以一个在另一个上面的方式布置的台/塔提供了两个或多个台/塔系统，其中以上述方式将第一台/塔8连接至第二台/塔20，并直至由操作所需的具体方法步骤而确定的台/塔的数量。使用液体固体排出器45或泵系统51将固体从底部最后台/塔32去除并再循环至第一台/塔8的顶部，并以需要的固体浓度和流速连续地通过加料斗1。
参照图1，在本发明的优选实施方案中，使来自顶部加料斗1的所述固体在进入第一台/塔8之前进入台/塔57，并这以类似上述辅助部分的方式运行，并且能够连续洗涤或平衡所述固体。由以向上方向流动的通过入口58注射的液体将台/塔57-a中的固体保持在流化/膨胀状态。在所述台/塔57-a中，所述固体和液体的接触是逆流的。
参照图1至4，在本发明的优选实施方案中，其中第一台/塔8的功能是从通过入口10或52而填充的原料液体中以逆流模式连续吸收固体(优选吸收颗粒)上的靶成分。由在连续第二或辅助部分65中通过入口12而填充的第二/辅助液体在相同的台/塔(如图2和4所示)中连续洗涤靶成分所吸附的固体。或者，能够通过固体运送线60使所述固体连续进入中间台/塔59(如图1和2所示)，其中在分离的辅助部分65中由通过入口54注射的第二/辅助液体逆流洗涤所述固体。在洗涤后，通过一种或多种下降管或固体流动线15或28将所述固体(从目标成分所吸附的固体)连续运送至以与台/塔8相同的方式也配有辅助部分之前的第一主要部分的第二台/塔20，其中由通过底部入口22和/或24注射的液体解吸/洗脱目标成分。根据单独成分的数量或需要被隔离的成分组，在所述第一台/塔后，能够通过添加以与顶部两个台/塔相同的方式布置的所述第二、第三、第四等台/塔来进行从所述固体(在第一台/塔上)上吸收的成分混合物中回收和/或纯化单独成分。在所有期望成分的解吸/洗脱之后，第二台/塔或最后洗脱台/塔中的所述固体产生再生固体，通过固体运送将其运至下一台/塔以便再生。然后能够以逆流模式由通过入口34和/或36(如图3和4所示)或通过入口61或64(如图1和2所示)注射的平衡液体在最后台/塔32中平衡再生固体。使用液体固体排出器45或通过泵系统51连续去除来自最后台/塔32的所述平衡固体，并通过用于FMB/EMB系统中再用/回收固体的加料斗1将其运至第一台/塔8的顶部。
或者，能够以逆流模式通过经入口34和/或36(如图3和4所示)或经入口61或64(如图1和2所示)注射再生固体而将系统(图1至4中的32)中的底部最后台/塔用于所述固体的连续再生。在该情况中，使用液体固体排出器45或通过泵系统51，从最后台/塔32的底部连续除去再生固体，并经进料斗1将其运至第一台/塔8的顶部。此时，进料斗1完成所述固体的平衡功能，通过用于再用/回收所述固体的顶部固体运送线2将平衡/新鲜固体供入第一台/塔。
技术的预期应用
本发明的预期应用是假设本发明适合包括但不限于：
i)来自生物或非生物来源的组分的吸附层析和/或负吸附层析回收和纯化；
ii)用于进行由所述方法产生的产物和/或杂质的回收和纯化的诸如酶转化/催化的化学或生物化学反应和/或进一步的结合；
iii)以结合或非结合方式用于发酵(例如微生物发酵)或细胞培养(动物、植物)类产物的整体回收和/或纯化；
iv)用于从转基因植物或动物得到的产品的回收和/或纯化；
v)用于从遗传工程的微生物来源、植物、动物等回收和/或纯化产物；
vi)用于从单一、化学或生物技术或天然来源回收和/或纯化多个产物；
vii)用于从反应混合物中回收和/或纯化合成活性的药物成分、中间体或衍生物；
viii)用于从其与其它金属的混合物、其盐或衍生物和/或其它化合物中回收和/或纯化金属或其盐或其它衍生物；
ix)用于从海水、废水中回收和/或纯化产物，或用于淡化海水和用于废水处理；
x)用于回收和/或纯化上述离子、非离子或两性离子产物或由合成、半合成或本领域技术人员已知的生物合成途径得到的且具有与上述产物类似的相似性的其它产物。
因此，本发明能够易用于工业水平。
下面是为证明本发明而实施的实施例。然而，本发明不能被理解为限于实施例的描述。
实施例1
连续逆流流化/移动床/膨胀移动床系统的细节及其用于从鸡蛋清提取物纯化溶菌酶的应用
在图1至4所示的布置中，顶部进料斗1为直径30cm且高50cm的丙烯酸圆筒。用于将固体运至第一台/塔8顶部的进料斗出口为直径1.5cm的丙烯酸管，其中通过阀3控制固体流动。主要的塔由三个台/塔8、20和32组成，所示台/塔由玻璃柱构成，每一台/塔的内径为10.5cm且高为72cm。通过内径为1.0cm的玻璃管在每一台/塔的底部和顶部提供用于液体的入口和出口。每一台/塔的分布器为0.3cm厚的不锈钢板，上面放置50微米的金属网。每两个连续台/塔间加入分布器，如图1至4所示。底部分布器具有中间固体下降线，其直径为0.625cm且高度足以以低于顶部液体出口的水平深入下一台/塔。在中心固体下降线提供四分之一英寸的阀(例如，图1和3所示的17、29、41)以控制固体流动。如图1和3所示的用于给予第一液体的圆锥分布器的外直径为8.0cm，所述分布器和玻璃柱间的同轴开口为2.5cm。分布器固定在高于特定台/塔底部10cm处。所述两个分布器间的距离为第二流化/膨胀区，其中固体的洗涤通过上流液体以逆流模式发生。最后的台/塔32具有底部出口39以连续去除固体，然后通过丙烯酸进料斗1由玻璃液体-固体排出器45或泵(隔膜泵系统)系统51将其运至第一台/塔8的顶部。
进一步地，使用上述的这种流化移动床和/或膨胀移动床设备以及用于回收和纯化溶菌酶的鸡蛋清提取物进行实验(表1)。分别在约3556U/mg和56.6mg/ml检测用醋酸钠缓冲剂(pH 4.5)稀释至40％(v/v)之后而制备的原料中溶菌酶的具体活性和蛋白质含量。连续给予第一台/塔这种溶液用于在吸附剂颗粒(SEPABEADS EB-CM，来自ResindionSRL，意大利)上吸附，并通过顶部液体出口排出废液。在洗涤区的相同台中用醋酸钠缓冲剂作为辅助液体洗涤吸附溶菌酶的固体吸附剂，然后在第二台/塔洗脱。进一步地，在第三台/塔用0.5M的氢氧化钠溶液进行吸附剂介质的再生。在进料斗用醋酸钠缓冲剂平衡最后再生的吸附剂颗粒，并将其再循环至第一台/塔的顶部。连续进行吸附、洗涤、洗脱、再生和平衡的所有步骤。在操作中，以逆流模式固体与原料、洗涤、洗脱和再生液体接触。这增加了生产力过程的效能。
表1：使用FMB/EMB进行溶菌酶回收和纯化的参数和结果的总结
实施例2
从工业废料母液(ML)连续回收铜
用四个台/塔建立连续逆流流化移动床/膨胀移动床系统。四个用于洗涤、吸附、洗脱和再生部分的台/塔的长度为130cm、230cm、130cm和130cm，而所有台/塔的直径为10cm。如前面所述，给每一台/塔提供第一和第二液体入口、相同的分布器和出口。将蠕动泵系统用于将固体吸附剂通过固体吸附剂收集槽和固体吸附剂进料斗从最后台再循环至第一台/塔顶部。以连续逆流模式操作所有四个台/塔。将水、10％v/v HCl和12％v/v氨用于固体吸附剂的洗涤、洗脱和再生/平衡。
一旦达到稳定态，在系统的第二台/塔中，以700ml/min的流速以逆流模式在吸附剂上连续装载含2.37mg/ml铜的母液，并从液体出口从相同的台/塔收集废母液。通过位于中心的固体下降管将装载的固体吸附剂运至第二台/塔，其中通过反向流动至下降吸附剂的10％v/v HCl溶液进行铜的洗脱/解吸。从液体出口中从相同的台或柱收集氯化铜形式的铜溶液。进一步地，将固体吸附剂运至第四台/塔，其中使用12％v/v氨溶液进行再生，在固体吸附剂收集槽中收集再生吸附剂，通过蠕动泵将其运至固体吸附剂进料斗，然后运至第一台/塔，其中在将固体吸附剂运至吸附台/塔(即第二台/塔)之前使用水进行洗涤。在下表2中总结了该方法的结果。以大于97％的速度回收铜，而废母液、再生和洗涤台/塔没有任何显著损伤。
表2：从工业废母液回收铜得到的结果
实施例3
从马铃薯果汁回收和纯化马铃薯蛋白质
将实施例2中描述的连续逆流流化移动床/膨胀移动床系统用于本实验。表3总结了从马铃薯果汁回收和纯化马铃薯蛋白质(蛋白酶抑制剂和马铃薯块茎特异蛋白)的实验结果。将离子交换吸附剂用于这两种蛋白质的纯化。在第一台/塔从原汁吸附蛋白质，然后在相同的台/塔使用pH 5.2的柠檬酸盐缓冲剂进行洗涤。在通过源自吸附台(第一台)的液体中回收蛋白酶抑制剂。使用升高的离子强度在第二台进行结合的马铃薯块茎特异蛋白的洗脱。使用0.5M的NaOH在第三台/塔中进行再生，并使用pH 5.2的柠檬酸缓冲剂将第四台/塔用于固体吸附剂的平衡。完全分离马铃薯块茎特异蛋白和蛋白酶抑制剂，并以大于95％SDS-PAGE纯度回收。
表3：从马铃薯果汁回收和纯化马铃薯蛋白质得到结果

Claims (12)

1.复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其包括
以连续逆流流化移动床和/或膨胀床模式运行且以一个在另一个上面的形式堆放的n≥2个流化/膨胀移动床台/塔；
一个或多个装置，其将固体吸附剂从第一台/塔上面的固体吸附剂加料漏斗供给至第一台/塔的顶部；从所述第一台/塔的底部供给至位于所述第一台/塔下面的第二台/塔的顶部；以及直至从位于第n个台/塔上面的第(n-1)个台/塔的底部供给至最后的第n个台/塔的顶部；
将源自所有所述固体下降管的所述逆流流动的固体吸附剂均匀分布在所述台/塔的横截面上的装置；
从第n个台/塔收集所述固体吸附剂至固体吸附剂收集槽的装置；控制所述固体吸附剂从一个台/塔流至下一个台/塔的装置；
供给邻近各个台/塔底部的第一液体的装置以及供给位于各个台/塔底部的第二/辅助液体的装置以及当进入所述各个台/塔内部时均匀分布第一和第二/辅助液体的装置；
供给各个台/塔底部的第二/辅助液体经过第二穿孔流分配器以产生第二流化/膨胀部分的装置，其中使用向上流动的第二液体以连续逆流方式发生所述固体吸附剂的洗涤，并防止在两个邻近的台/塔之间的第一液体的相互混合；
用于各个台/塔顶端的两种液体一起流出的装置；从最后的第n个台/塔的最底部收集所述固体吸附剂的装置；
通过所述固体吸附剂加料漏斗将所述固体吸附剂从收集槽运回至所述第一台/塔的顶部的装置。
2.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中n≥2个流化/膨胀移动床台/塔以一个在另一个上面的形式垂直堆放。
3.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中提供一个或多个装置以从所述固体吸附剂加料漏斗均匀地供给所述固体吸附剂至所述第一台/塔的顶部，以及从位于所述第二台/塔上面的所述第一台/塔均匀地供给至所述第二台/塔的顶部，并同样地进行从位于所述第n个台/塔上面的第(n-1)个台/塔均匀地供给至所述第n个台/塔的顶部。
4.如权利要求3所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中从所述第二穿孔流分配器或辅助流化/膨胀部分开始并在下面的下一个流化/膨胀床的顶部开启的一个或多个固体下降管足够长以充分浸入至较低台/塔中的液体水平但仍完全在吸附相的膨胀/流化床的上面以防止固体吸附剂随流出的液体的溢流而损失。
5.如权利要求3所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中使用适于对向下吸附的浆体流提供控制的阀门来控制通过所述固体下降管的固体吸附剂的流动。
6.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其提供了邻近各个台/塔的底端通过第一穿孔流分配器供给第一液体以产生流化/膨胀部分的装置，其中发生了向下方向移动的所述固体吸附剂与向上方向流动的液体的有效连续逆流接触。
7.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其提供了通过第二穿孔流分配器以使固体保持在流化/膨胀床模式的流速供给各个台/塔底部的第二/辅助液体以产生辅助流化/膨胀部分的装置，其中使用向上流动的第二液体以连续逆流方式发生所述固体吸附剂的洗涤，并防止在两个邻近的台/塔之间的第一液体的相互混合。
8.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中将从所述系统最后的第n个台/塔收集进入所述固体收集槽的固体吸附剂再循环返回至所述固体吸附剂加料漏斗，使用用于运输液体-固体浆体的泵或任何装置将其供给至所述第一台/塔的顶部。
9.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中以连续逆流模式操作所有台/塔。
10.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统；
其中选择任何台/塔以充当以连续逆流流化床/膨胀床模式运行的吸附器，其中通过第一中央分配器进入原料中的一些或所有组分吸附在所述吸附颗粒相上；
将逆流流动的固体吸附剂连同来自吸附器台/塔的吸附组分运送至下一个台/塔从而以顺序方式进行洗涤、解吸、再生和平衡步骤，所述顺序方式包括合适的洗涤、解吸、再生和平衡液体组分；其中不论哪个台/塔作为吸附器进行操作，保持从吸附至再生的台/塔的顺序，以及从最底部的第n个台/塔的至最顶部的第一台/塔的顺序。
11.如权利要求1所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其还能用作具有催化剂再生和调节以及相关反应的连续反应器系统，其中通过用于无机、有机、酶反应的合适固体相催化剂替换权利要求1所述的固体吸附剂相。
12.如权利要求3所述的复合连续逆流流化移动床和/或膨胀移动床系统，其中所述装置为固体下降管或线。
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